Projet n°06 LOCALISATION ET COMMANDE D'UN ROBOT MOBILE

1. Projet n°06LOCALISATION ET COMMANDE D'UN ROBOT MOBILE Clients : Association Robot ENSPS (ARE) Encadrants : B. BAYLE et J. GANGLOFF Réunion R4 : Avancement du projet

2. Introduction Projet n°06 : Localisation et commande d'un robot mobile Réunion R4 : Avancement du projet. 12 Février 2007

3. Thème 2007 : Robot Tri Party Projet n°06 : Localisation et commande d'un robot mobile Réunion R4 : Avancement du projet. 12 Février 2007

4. Plan de la présentation • Présentation de l’équipe • État de l’art • Cahier des charges • Conception matérielle • Avancement du projet • Interfaçage USB • Boussole • Communication Haute Fréquence • Communication Ultrason • Interface graphique • Détails de fonctionnement • Planning prévisionnel • Budget prévisionnel Projet n°06 : Localisation et commande d'un robot mobile Réunion R4 : Avancement du projet. 12 Février 2007

5. Présentation de l’équipe • État de l’art • Cahier des charges • Conception matérielle • Avancement du projet • Détails de fonctionnement • Planning prévisionnel • Budget prévisionnel Florian LANGLOIS L’équipe Chef de projet Responsable communication Sylvain RIBES Responsable financier Responsable technique Anne LIM Antoine SAUTEL Projet n°06 : Localisation et commande d'un robot mobile Réunion R4 : Avancement du projet. 12 Février 2007

6. Présentation de l’équipe • État de l’art • Cahier des charges • Conception matérielle • Avancement du projet • Détails de fonctionnement • Planning prévisionnel • Budget prévisionnel Etat de l’art • Projet déjà entrepris dans le passé • Différents principes de positionnement absolu Mesure de distances Mesure d’angles Résolution de systèmes d’équations Projet n°06 : Localisation et commande d'un robot mobile Réunion R4 : Avancement du projet. 12 Février 2007

7. Présentation de l’équipe • État de l’art • Cahier des charges • Conception matérielle • Avancement du projet • Détails de fonctionnement • Planning prévisionnel • Budget prévisionnel Solutions envisageables : Avantages/inconvénients Projet n°06 : Localisation et commande d'un robot mobile Réunion R4 : Avancement du projet. 12 Février 2007

8. Présentation de l’équipe • État de l’art • Cahier des charges • Conception matérielle • Avancement du projet • Détails de fonctionnement • Planning prévisionnel • Budget prévisionnel Localiser le robot adverse Localiser le robot de l’ARE Déplacer le robot en un point donné Cahier des charges Objectifs : Projet n°06 : Localisation et commande d'un robot mobile Réunion R4 : Avancement du projet. 12 Février 2007

9. Présentation de l’équipe • État de l’art • Cahier des charges • Conception matérielle • Avancement du projet • Détails de fonctionnement • Planning prévisionnel • Budget prévisionnel Cahier des charges Leproduit : • Utilisation de balises ultrason modulé • Présence d’un radio-émetteur HF • Présence d’un radio-récepteur HF • Orientation du robot à l’aide d’une boussole • Interface par USB entre le PC du robot et les balises, rendue possible par un microcontrôleur Projet n°06 : Localisation et commande d'un robot mobile Réunion R4 : Avancement du projet. 12 Février 2007

10. Présentation de l’équipe • État de l’art • Cahier des charges • Conception matérielle • Avancement du projet • Détails de fonctionnement • Planning prévisionnel • Budget prévisionnel Cahier des charges : Les fonctions constituantes BALISE MOBILE BALISE FIXE • IHM : Interface Homme Machine • US : Ultrason • HF : Haute Fréquence Projet n°06 : Localisation et commande d'un robot mobile Réunion R4 : Avancement du projet. 12 Février 2007

11. Présentation de l’équipe • État de l’art • Cahier des charges • Conception matérielle • Avancement du projet • Détails de fonctionnement • Planning prévisionnel • Budget prévisionnel Cahier des charges Contraintes : • Réutilisabilité • Précision ~ 1 cm • Encombrement • Dans le robot • Des balises, imposé par le règlement • Jalons R-X, date butoir de la coupe • Respect des législations en vigueur Projet n°06 : Localisation et commande d'un robot mobile Réunion R4 : Avancement du projet. 12 Février 2007

12. Présentation de l’équipe • État de l’art • Cahier des charges • Conception matérielle • Avancement du projet • Détails de fonctionnement • Planning prévisionnel • Budget prévisionnel Conception matérielle • Réalisation de prototypes • D’une carte balise fixe • De la carte mobile sous Altium Designer • Le microcontrôleur: Pic 18F2550 • Unités fonctionnelles et choix des composants Projet n°06 : Localisation et commande d'un robot mobile Réunion R4 : Avancement du projet. 12 Février 2007

13. Présentation de l’équipe • État de l’art • Cahier des charges • Conception matérielle • Avancement du projet • Interfaçage USB • Boussole … • Détails de fonctionnement • Planning prévisionnel • Budget prévisionnel Avancement du projet Interfaçage USB • Microcontrôleur gère l’USB nativement • Permet le transfert de données à l’ordinateur et l’utilisation de son alimentation • Choix du protocole HID (Human Interface Device) • Protocole des périphériques Homme/Machine • Débit de 64 ko/s • Le périphérique peut décider d’envoyer des données Projet n°06 : Localisation et commande d'un robot mobile Réunion R4 : Avancement du projet. 12 Février 2007

14. Présentation de l’équipe • État de l’art • Cahier des charges • Conception matérielle • Avancement du projet • Interfaçage USB • Boussole … • Détails de fonctionnement • Planning prévisionnel • Budget prévisionnel Avancement du projet Interfaçage USB • Caractéristiques de notre système - utilisation de la libraire LibUSB compatible Windows/Linux/MacOSX - mise en place d’un protocole de communication simple entre le microcontrôleur et le PC - mise à jour du microprogramme par USB Projet n°06 : Localisation et commande d'un robot mobile Réunion R4 : Avancement du projet. 12 Février 2007

15. Présentation de l’équipe • État de l’art • Cahier des charges • Conception matérielle • Avancement du projet • Interfaçage USB • Boussole • Communication HF… • Détails de fonctionnement • Planning prévisionnel • Budget prévisionnel Avancement du projet Boussole • Permet de connaître l’angle du robot par rapport à son angle de départ • Boussole choisie : Devantech CMPS03 Projet n°06 : Localisation et commande d'un robot mobile Réunion R4 : Avancement du projet. 12 Février 2007

16. Présentation de l’équipe • État de l’art • Cahier des charges • Conception matérielle • Avancement du projet • Interfaçage USB • Boussole • Communication HF… • Détails de fonctionnement • Planning prévisionnel • Budget prévisionnel Avancement du projet Boussole • Spécialement conçue pour des applications robotiques • Basée sur la magnétorésistance des matériaux • Caractéristiques : Tension : 5V Courant : 20mA Résolution : 0,1 Degrés Précision : 3-4 degrés environ Output : I2C Interface Dimensions : 32mm x 35mm Projet n°06 : Localisation et commande d'un robot mobile Réunion R4 : Avancement du projet. 12 Février 2007

17. Présentation de l’équipe • État de l’art • Cahier des charges • Conception matérielle • Avancement du projet • Interfaçage USB • Boussole • Communication HF… • Détails de fonctionnement • Planning prévisionnel • Budget prévisionnel Avancement du projet Boussole • Travail réalisé : - interfaçage avec le microcontrôleur - codage d’une librairie • Tests à réaliser: - influence des conditions environnantes - influence de l’accélération angulaire du robot Projet n°06 : Localisation et commande d'un robot mobile Réunion R4 : Avancement du projet. 12 Février 2007

18. Présentation de l’équipe • État de l’art • Cahier des charges • Conception matérielle • Avancement du projet • … Boussole • Communication HF • Communication ultrason… • Détails de fonctionnement • Planning prévisionnel • Budget prévisionnel Avancement du projet Communication HF • Pour la communication entre les différentes balises et pour envoyer le signal d’envoi de l’ultrason • Composant choisi : Maxstream XBEE Pro Projet n°06 : Localisation et commande d'un robot mobile Réunion R4 : Avancement du projet. 12 Février 2007

19. Présentation de l’équipe • État de l’art • Cahier des charges • Conception matérielle • Avancement du projet • … Boussole • Communication HF • Communication ultrason… • Détails de fonctionnement • Planning prévisionnel • Budget prévisionnel Avancement du projet Communication HF • Protocole haut niveau ZigBee conçue spécialement pour les réseaux de capteurs • Caractéristiques : - bande 2.4 GHz - 250 kb/s - Portée de 100 m - 65000 adresses par canal Projet n°06 : Localisation et commande d'un robot mobile Réunion R4 : Avancement du projet. 12 Février 2007

20. Présentation de l’équipe • État de l’art • Cahier des charges • Conception matérielle • Avancement du projet • … Boussole • Communication HF • Communication ultrason… • Détails de fonctionnement • Planning prévisionnel • Budget prévisionnel Avancement du projet Communication HF • Grande fiabilité de notre réseau de balises - cryptage natif - choix du destinataire - faible consommation électrique • Communication entre prototypes effective à ce jour Projet n°06 : Localisation et commande d'un robot mobile Réunion R4 : Avancement du projet. 12 Février 2007

21. Présentation de l’équipe • État de l’art • Cahier des charges • Conception matérielle • Avancement du projet • … Communication HF • Communication ultrason • Interface Graphique • Détails de fonctionnement • Planning prévisionnel • Budget prévisionnel Avancement du projet Communication Ultrason • Rôle :émet un signal pour calculer la distance par l’intermédiaire du temps de propagation • Modulation de phase pour une bonne robustesse aux perturbations • Démodulation par boucle de Costas > Problème actuellement dans le circuit > Problème de détection du signal Projet n°06 : Localisation et commande d'un robot mobile Réunion R4 : Avancement du projet. 12 Février 2007

22. Présentation de l’équipe • État de l’art • Cahier des charges • Conception matérielle • Avancement du projet • … Communication HF • Communication ultrason • Interface Graphique • Détails de fonctionnement • Planning prévisionnel • Budget prévisionnel Avancement du projet Communication Ultrason • Utilisation d’un thermomètre • 10mV par degré • Sur entrée CAN du PIC • Calcul de la vitesse du son Cair= 331,5 +0,6.θ (m.s-1) Projet n°06 : Localisation et commande d'un robot mobile Réunion R4 : Avancement du projet. 12 Février 2007

23. Présentation de l’équipe • État de l’art • Cahier des charges • Conception matérielle • Avancement du projet • … Communication HF • Communication ultrason • Interface Graphique • Détails de fonctionnement • Planning prévisionnel • Budget prévisionnel Avancement du projet Communication Ultrason • Choix des composants : Le transducteur • Directivité: 30° • Fréquence 40kHz • Distance de détection : 6 m Projet n°06 : Localisation et commande d'un robot mobile Réunion R4 : Avancement du projet. 12 Février 2007

24. Présentation de l’équipe • État de l’art • Cahier des charges • Conception matérielle • Avancement du projet • …Communication ultrason • Interface Graphique • Détails de fonctionnement • Planning prévisionnel • Budget prévisionnel Avancement du projet Interface homme/machine: • Codé en C • Bibliothèques graphiques GDK/GTK • Portabilité Unix/Windows Projet n°06 : Localisation et commande d'un robot mobile Réunion R4 : Avancement du projet. 12 Février 2007

25. Présentation de l’équipe • État de l’art • Cahier des charges • Conception matérielle • Avancement du projet • …Communication ultrason • Interface Graphique • Détails de fonctionnement • Planning prévisionnel • Budget prévisionnel Avancement du projet Interface homme/machine: Projet n°06 : Localisation et commande d'un robot mobile Réunion R4 : Avancement du projet. 12 Février 2007

26. Présentation de l’équipe • État de l’art • Cahier des charges • Conception matérielle • Avancement du projet • …Communication ultrason • Interface Graphique • Détails de fonctionnement • Planning prévisionnel • Budget prévisionnel Avancement du projet Interface homme/machine: Projet n°06 : Localisation et commande d'un robot mobile Réunion R4 : Avancement du projet. 12 Février 2007

27. Présentation de l’équipe • État de l’art • Cahier des charges • Conception matérielle • Avancement du projet • Détails de fonctionnement • Planning prévisionnel • Budget prévisionnel Détails de fonctionnement Autonomie • Doit pouvoir fonctionner pendant un match entier • Consommation d’une balise fixe - module Xbee : 55 mA - microcontrôleur : 15 mA - LEDs : 20 mA - émission US : 25 mA TOTAL : 115 mA • Pile 9V 1200 mAh => 10h d’autonomie Projet n°06 : Localisation et commande d'un robot mobile Réunion R4 : Avancement du projet. 12 Février 2007

28. Présentation de l’équipe • État de l’art • Cahier des charges • Conception matérielle • Avancement du projet • Détails de fonctionnement • Planning prévisionnel • Budget prévisionnel Système de balise Balise fixe Balise fixe Position 1 Position 2 Position 3 Balise mobile Balise fixe Détails de fonctionnement Filtre de Kalman • Estime les états d’un système dynamique à partir d’une série de mesures incomplètes ou bruitées • But : avoir une localisation très précise Odomètrie du robot Position 4 Filtre de Kalman Projet n°06 : Localisation et commande d'un robot mobile Réunion R4 : Avancement du projet. 12 Février 2007 Position Finale

29. Présentation de l’équipe • État de l’art • Cahier des charges • Conception matérielle • Avancement du projet • Détails de fonctionnement • Planning prévisionnel • Budget prévisionnel Détails de fonctionnement Temps mis en jeu • Taux de rafraîchissement primordial • Rapide calcul : - demande balise 1 : 1 ms - attente réponse US + traitement : 10 ms - demande balise 2 : 1 ms - attente réponse US + traitement : 10 ms - demande balise 3 : 1 ms - attente réponse US + traitement : 10 ms - demande de l’angle à la boussole : 0.5 ms - envoi au PC : 0.5 ms TOTAL : 34 ms • Fréquence de mesures => 29 Hz Projet n°06 : Localisation et commande d'un robot mobile Réunion R4 : Avancement du projet. 12 Février 2007

30. Présentation de l’équipe • État de l’art • Cahier des charges • Conception matérielle • Avancement du projet • Détails de fonctionnement • Planning prévisionnel • Budget prévisionnel Planning prévisionnel Projet n°06 : Localisation et commande d'un robot mobile Réunion R4 : Avancement du projet. 12 Février 2007

31. Présentation de l’équipe • État de l’art • Cahier des charges • Conception matérielle • Avancement du projet • Détails de fonctionnement • Planning prévisionnel • Budget prévisionnel Budget prévisionnel Projet n°06 : Localisation et commande d'un robot mobile Réunion R4 : Avancement du projet. 12 Février 2007

32. Présentation de l’équipe • État de l’art • Cahier des charges • Conception matérielle • Avancement du projet • Détails de fonctionnement • Planning prévisionnel • Budget prévisionnel Budget prévisionnel Projet n°06 : Localisation et commande d'un robot mobile Réunion R4 : Avancement du projet. 12 Février 2007

33. Présentation de l’équipe • État de l’art • Cahier des charges • Conception matérielle • Avancement du projet • Détails de fonctionnement • Planning prévisionnel • Budget prévisionnel Investissement Total : 628,12 € Projet n°06 : Localisation et commande d'un robot mobile Réunion R4 : Avancement du projet. 12 Février 2007

34. Présentation de l’équipe • État de l’art • Cahier des charges • Conception matérielle • Avancement du projet • Détails de fonctionnement • Planning prévisionnel • Budget prévisionnel Fonctionnement Total : 56308,35€ Projet n°06 : Localisation et commande d'un robot mobile Réunion R4 : Avancement du projet. 12 Février 2007

35. Conclusion • Respect du planning • Système presque viable: seul l’ultrason manque • A court terme: Mise au point de la communication Ultrason d’ici le 24 février. • A plus long terme: - Développement d’une autre balise fixe. - Test de la localisation. - Finalisation en vue d’un fonctionnement viable à R5. Projet n°06 : Localisation et commande d'un robot mobile Réunion R4 : Avancement du projet. 12 Février 2007

36. Merci de votre attention Projet n°06 : Localisation et commande d'un robot mobile Réunion R4 : Avancement du projet. 12 Février 2007